第1章 金刚石钻头基本知识
第一章金刚石钻头基本知识
第一节概述
1.1金刚石钻头的发展历史
金刚石钻头是不同于牙轮钻头的另一类钻井破岩工具，其使用可以追溯到19世纪60年代。最初人们以天然金刚石为切削元件制作打炮眼和挖掘隧道的工具，后来出现了用于石油钻井的钢体鱼尾式天然金刚石全面钻进钻头和取心钻头。早期的金刚石钻头是将天然金刚石冷镶在低碳钢上的。由于天然金刚石来源有限，价格昂贵，加之本身尺寸、性能方面的原因以及当时落后的制造工艺，大大限制了金刚石钻头在石油钻井工业中的应用。
随着粉末冶金技术的发展，出现了采用烧结碳化钨作为钻头体的胎体式金刚石钻头。这种技术的出现使金刚石钻头的制造水平大大提高。胎体式金刚石钻头具有耐冲蚀、耐磨损的特点，具有良好的使用性能，其制造工艺也不复杂，因此一经出现就迅速推广开来。
人造聚晶金刚石的研制成功，对金刚石钻头技术的发展起了巨大的推动作用。人造聚晶金刚石复合片钻头（PDC钻头）的出现一度被称为20世纪80年代钻井工业技术的一大突破，这种新技术对石油钻井业的发展产生了巨大的影响。现场使用证明，软到中等硬度地层钻井用PDC钻头具有机械钻速高、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点，并能与井下动力钻具配合用于高速钻井。合理使用金刚石钻头可以大大缩短建井周期，降低钻井成本，提高钻井经济效益。
1.2金刚石钻头的发展前景
经过近二十多年的发展，金刚石钻头已经成为继牙轮钻头之后的又一重要破岩工具。时至今日，PDC钻头在石油钻头市场所占的份额越来越大，几乎每年以30%的速度侵吞牙轮钻头市场。随着新的设计理论、设计方法和材料等技术的发展，PDC钻头的适用范围也在不断扩展，以前被认为不适用于PDC钻头的地层现在也广泛使用，比如我国中原油田的文留区块的沙二至沙三地层由于地质情况复杂、夹层多，可钻性差，以前一直被认为是PDC钻头的禁区，在这里钻的井除了取心之外用的都是牙轮钻头。可是从2000年开始，PDC钻头在这个区块的使用量逐渐增多，效果也很好，而2001年底我公司的一只8 1/2 BK542-4型PDC钻
头更在该区块的文－133井创下了1600米（东营组）入井，打到3390米（沙三上）完井，纯钻时间227.31小时，进尺1790米，平均机械钻速7.9米的好指标。现在，在该区块只要条件允许，几乎用的都是PDC钻头。
第二节金刚石钻头的结构简介
2.1金刚石钻头的破碎机理
金刚石钻头的破岩方式主要有四种，即：剪切、预破碎（开槽效应）、犁削及磨削。2.1.1 剪切
岩石破碎力学的研究表明，岩石的抗剪强度比其抗压强度要低得多，两者的比值在0.09～0.15左右。显然，采用剪切方式破碎岩石比用压碎方式破碎岩石要容易而且有效得多。PDC钻头的复合片正是利用了岩石的这一力学特性，采用高效的剪切方式来破碎岩石，从而达到快速钻井的目的。当PDC钻头工作时，复合片在钻压和扭矩的作用下克服地层应力切入地层并向前滑动，岩石在切削齿的作用下沿其剪切方向破碎并产生塑性流动，切削所产生的岩屑呈大块片状。这一切削过程与刀具切削金属材料非常相似。
2.1.2 预破碎（开槽效应）
预破碎（开槽效应）是采用特殊的“尖/圆”齿交替布置切削结构所具有的岩石破碎方式，主要用在以纯剪切方式不容易钻进的地层，如具有一定塑性的地层。预破碎过程是通过开槽切削来完成的，具有这种切削结构的钻头在钻进过程中，尖形齿因与地层接触面积小受力集中而先行切入地层，岩石在接触应力的作用下产生破碎裂纹，随着钻头的不断旋转，尖形齿在岩石中切出一条条较小的环状“卸荷槽”，使地层应力预先释放，而紧随其后的圆形切削齿则以剪切方式切削其强度已大大减弱的大块岩石，达到快速钻进的目的。这样大大提高了切削效率，降低了切削齿的磨损速度。
2.1.3犁削
天然金刚石钻头和TSP钻头在钻进塑性地层时，常常以犁削方式来破碎岩石。岩石在钻头钻进过程中，由于受到切削齿的作用，在其内部发生破碎并向表面传递。堆积在切削齿前面的破碎岩屑由于切削齿的移动被推向两边，最后由泥浆带出井底，这一切削过程相似于犁
地过程。
2.1.4磨削
天然金刚石钻头和TSP 钻头在钻进极硬的粗晶粒地层时，切削齿克服岩石的高抗压强度实现岩石的局部破碎。即其切削结构常常以磨削方式破碎岩石。由于硬地层岩石的高强度，使破碎的岩屑比较小，呈细粒状，因而钻头的机械钻速相应较低。
2.2金刚石钻头结构介绍
金刚石钻头属一体式钻头，整个钻头没有活动零部件，结构比较简单。主要由上体、钢
心、胎体、切削齿、喷嘴及密封件组成。见图1
钻头上体是经过热处理的钢制件，其上端车有API 标准连接螺纹，用以和其它井下钻具相连。上体下端与钻头体上的钢心通过焊接而构成一个整体。上体上部两个对称槽为钻头卸扣槽，用于和卸扣板相配合来装卸钻头。钢心是位于钻头中心的空心钢体，是钻头体的骨架，它的一端与碳化钨胎体烧结在一起，另一端则与上体焊接相连。胎体是碳化钨粉末经过烧结而形成的具有不同轮廓形状的钻头基体。胎体粘附在钢心上，构成坚韧的、抗冲击、耐磨损的钻头体（冠部）。切削齿可以采用天然金刚石、TSP 齿及PDC 齿。天然金刚石和TSP 齿通过烧结直接固结到钻头胎体上，PDC 钻头的切削齿则通过低温钎焊固定到钻头胎体上。钻头所采用的喷嘴为可换式硬质合金整体喷嘴，主要有标准喷嘴和内六方孔小喷嘴两种。
标准喷
图1
嘴的水孔出口截面为圆形，内六方小喷嘴水孔截面则为六边形，这种结构的水孔，既可作为泥浆流道，又可用于喷嘴安装。喷嘴中心水孔有各种不同的尺寸以满足不同的钻井需要。喷嘴与喷嘴座之间采用“O”形橡胶密封圈密封，以保证其使用安全可靠。
从设计和使用的角度，钻头又可分为上体和钻头体两大部分。钻头体包括钻头冠部轮廓、切削结构、水力结构、保径结构等。钻头轮廓指胎体表面形状，不同的钻头轮廓形状适应于不同的地层钻井。切削结构即由不同类型的金刚石齿以一定的布齿密度和布齿方式布置在钻头表面用以切削地层的工作部分。钻头水力结构是用以控制和分配钻井液，为钻头提供充分的冷却、清洗及排屑的部分。它包括水孔、主流道、副流道、排屑槽和集屑槽等。天然金刚石钻头和TSP钻头的水孔结构一般为鸦爪式中心水孔，PDC钻头的水孔则一般采用可换式喷嘴。钻头保径结构为钻头提供良好的扶正和保径作用，以保证钻头的正常钻进和较长的工作寿命。
2.3金刚石钻头分类
关于金刚石钻头的分类，按用途分，可分为全面钻进钻头和取心钻头；按钻头体材料及制造方式分，可分为钢体钻头和胎体钻头；按切削齿材料分，可分为PDC钻头、TSP钻头、天然金刚石钻头。
胎体金刚石钻头具有固齿牢靠、钻头体抗冲蚀能力强、耐磨性好、钻头寿命长、钻头结构设计灵活、产品制造周期短、非标尺寸钻头制造容易等优点，在金刚石钻头市场上占绝大多数，为目前各生产厂家广泛应用。
天然金刚石（ND）钻头以优质天然金刚石作为切削刃，以表镶方式将其直接烧结在抗冲蚀、耐磨性好的碳化钨胎体上。切削结构选用不同粒度金刚石，采用不同的布齿密度和布齿方式，以满足在中至坚硬地层钻井的需要。
TSP钻头切削元件采用了各种不同形状并具有自锐作用的热稳定聚晶金刚石（TSP）齿。与天然金刚石相比，这种TSP持具有良好的耐热性，可耐1200摄氏度的高温，抗破碎性及耐磨性俱佳。TSP钻头与天然金刚石钻头一样，其切削齿直接烧结在碳化钨胎体上。TSP钻头更适合于在带有研磨性的中等至硬地层快速钻井。
PDC钻头采用聚晶金刚石复合片（PDC片）作为切削刃，以钎焊方式将其固定到碳化钨胎体上的预留齿穴中。钻头所采用的PDC切削齿具有高强度、高耐磨性和抗冲击能力，且切
削刃口和刃面都具有良好的自锐性，在钻进过程中切削刃能始终保持锋利。钻头在软到中等硬度地层中以剪切方式破碎岩石，采用较小钻压即可获得较高的机械钻速，是一种高效钻井钻头。
第三节金刚石钻头的设计与制造
3.1金刚石钻头的设计理论
在常规的PDC钻头切削结构设计中，遵循的基本原理有如下几条：①、每个切削齿的切削体积相等，即等体积原则；②、每个切削齿的磨损速度相等，即等磨损原则；③、每个切削齿的切削功率相等，即等功率原则；④、每个切削齿的切削面积相等，即等面积原则。
最常用的设计理论有：力平衡理论和抗回旋理论。
3.1.1、力平衡PDC钻头
1）钻头的受力分析
PDC钻头在正常钻进时，同时受到钻压和旋转设备施加的扭矩的作用。在这两个力的作用下，每个切削齿都受到一个法向力Fn和一个切向力（周向力）Fc的作用。其中法向力Fn 由钻压产生，它是使切削齿穿透岩石所需的力；切向力Fc是在法向力将切削齿压入岩石后沿切口向前推进切削齿所需的力，即将岩屑从岩石上剥离下来所需的力。法向力Fn能分解成一个垂直分力Fv和一个径向分力Fr。切向力Fc能分解为一个径向分力和一个绕着钻头中心的力矩。作用在钻头上且位于垂直钻头旋转轴线的平面内的法向力和切向力能分解为一个作用于钻头中心上的力和一个力矩，它们均位于法向平面内。该力矩是旋转钻头所需的力矩，而该力则是侧向不平衡力。这个侧向不平衡力指向与钻头面相关的一个方向，在钻头旋转时，它趋向于把钻头推向井壁。
由于侧向不平衡力的大小、方向都不受控制，所以很难保证钻头的力学性能良好。由于力学性能差，将会直接导致钻头的运动学性能变差。由于其所受侧向不平衡力较大，当钻头在井底钻进时，钻头被推向井壁。这时，钻头上的保径齿以及部分外排齿在侧向不平衡力的推动下会吃入井壁，与井壁的岩层产生“啮合效应”。此时钻头不再平滑钻进，而开始产生侧向振动，PDC钻头上的切削齿会横向向后移动，并且比正常旋转的钻头上的切削齿运动快
得多，伴随这种运动的冲击载荷会引起PDC切削齿的破碎，而这种破碎反过来会导致加速磨损，并且切削齿破碎后产生的碎片会对其它完好的PDC切削齿产生冲击碰撞，从而导致大面积的切削齿损坏。
对于力平衡钻头来说，由于侧向不平衡力被控制在一个极小的范围之内，它对PDC钻头的影响就比普通PDC钻头要小得多。在经过调整之后，钻头上的各个力的大小及方向都发生了很大的变化。侧向不平衡力Fimb由原来的9.2%降至了1.4%（这一百分比是侧向不平衡力与钻压的比值）。径向力Fr与切向力Fc大小基本相等。整个钻头的受力情况处于一个良好的状态。
3.1.2抗回旋PDC钻头
通过对钻头的切削齿进行受力分析，运用调整齿位的办法，使得钻头的侧向合力指向较大面积的低摩阻保径垫，在钻头工作时该保径垫始终与井壁接触，最终使钻头的回旋程度降到最低，保证钻头工作平稳，延长钻头的使用寿命。
需要指出的是，力平衡技术、抗回旋技术只是PDC钻头设计制造技术的一个方面，要设计出性能优良的PDC钻头，光靠这一点是远远不够的。在发展这项技术的同时，还需要合理的水力分布、先进的PDC切削齿、优选钻头轮廓等许多方面技术的运用。
3.2金刚石钻头冠部轮廓设计与选择依据
研究及现场试验表明，钻头冠部形状对其使用性能具有较大影响。选择钻头冠部形状时应考虑所钻地层的岩性、钻头的稳定性、钻井的适应性、布齿空间以及钻头清洗和冷却等，因此只有在综合考虑多种因素的基础上才能确定理想的钻头冠部轮廓形状。
钻头冠部轮廓一般包括四个基本要素：内锥、鼻部、外侧、保径
钻头内锥是钻头中心部分内陷的区域，起导向和稳定作用。设计时，应根据不同的需要选择内锥角，如果需要具有较高机械钻速、较好的液流控制能力等，应设计成110°～160°的浅内锥；如果要求突出钻头的稳定性，提高井斜控制能力，则应设计成60°～100°的深内锥。对于造斜用的钻头（如侧钻钻头），其内锥角应更大。
鼻部是钻头在井下的最低点，钻进中最先切入地层，由于地层变化或操作失误而意外受
损的可能性较大。如果钻进的地层较硬，或存在硬夹层，钻头设计时一般选择较大半径的圆弧鼻部结构，为了提高钻头切入地层的能力，则应选择较小半径的鼻部。
外侧部分的轮廓线有直线和弧线两种，在设计中到硬地层的钻头时，一般选择直线轮廓的外侧面，其钻头轮廓鼻部和保径相结合的部位较尖，切入性好，切削效率高；弧线构成的外侧面轮廓，则常用于要求高转速或高耐磨性的地方。
保径段根据不同的需要可以选择不同的保径方式和保径长度，对于要求保径能力强的钻头，可以选择加长保径或双列保径。为了提高钻头井斜控制能力可以适当加长保径长度、增大保径垫面积。
3.3金刚石钻头的结构设计及切削元件的选择
金刚石钻头的一般设计步骤如下（以抛物线形轮廓为例）：
3.3.1根据用户要求、油田地质情况等资料来确定钻头尺寸、型号。
3.3.2 根据钻头型号来设计钻头石墨模具。
模具内锥角C、鼻部半径R2、台肩半径R1、R1与模具水平面的夹角B2需根据地层以及钻头使用的实际情况确定，其它参数可参照PDC钻头设计手册确定。
3.3.3设定钻头设计参数。
钻头主要设计参数包括：
露齿高。根据切削齿大小和实际使用情况确定。
主切削齿直径及数量。主切削齿可选0.5″、0.75″、1″的PDC复合片。数量根据布齿密度来确定。
次切削齿以及第三切削齿的直径和数量。一般选用0.5″的PDC复合片。
保径齿的数量。
总齿数。
排屑槽数。
排屑槽深度。
喷嘴数量及大小。
各切削齿的后倾角、侧倾角。
3.3.4设计轮廓布齿图
将有关设计参数确定完成之后，可使用PDC钻头设计软件自动生成轮廓图。轮廓图做出之后，需根据加工工艺要求及设计方法对其进行调整。然后根据设计经验确定切削齿的面布置位置。对于力平衡PDC钻头一般采用刮刀式布齿，刮刀形式有直刮刀和曲刮刀等。切削齿在各刮刀上的具体布置方式有螺旋式及跳跃式等。
3.3.5受力分析
在布齿完成之后，需使用金刚石钻头受力分析软件评价切削布置的合理性。具体方法是根据实际情况设定钻头使用参数（转速、机械钻速等）和岩石参数（抗压强度等），设定好相关参数之后即可使用该软件进行计算分析。要求不平衡力的值控制在某一范围以内。如果达不到上述标准，则需根据整个钻头的受力情况对切削齿的布置位置进行调整，直到得到合理的结果为止。
受力分析完成之后，还需对钻头各切削齿的做功曲线及受力曲线进行评估。即要求这两条曲线在一定范围内平滑变化。
3.3.6根据布齿位置完成面图设计
在受力分析完成之后，根据新的布齿位置重新布置切削齿，然后确定喷嘴位置。此时要注意使整个钻头面都能得到有效清洗，同时还要注意喷嘴之间不能互相干涉（可参考相同尺寸其它钻头的喷嘴布置）。如果发现无法合理布置喷嘴位置，则以前的布齿方案将不得不推倒重来，再重复第四和第五步的工作。在切削齿和喷嘴布置好后，即可生成加工所需的数据文件。
3.3.7总装图设计
PDC钻头设计软件可自动生成一个总装图的底稿图，我们可在这幅底稿图上进行修改，以完成总装图的设计。总装图的设计可参照休斯的全面钻进钻头或克里斯坦森的取芯钻头设计规范进行。
3.3.8钢芯设计
钢芯是胎体式PDC钻头中的一个重要部件，它的设计合理与否直接影响到整个钻头的质量和使用寿命。对于深刮刀钻头，钢芯实际上包括两部分，即钢芯和刀片。钢芯置于钻头胎
体内，主要起连接钻头上体的作用，刀片搭焊在钢芯上，深入钻头刮刀内部，起加强钻头刮刀的作用。
3.3.9凸模设计
凸模是用来制作砂板用的工具，其设计可参考总装图完成。
3.3.10钻头保径段设计
PDC钻头的保径部分主要使用天然金刚石、TSP齿、TCI镶块等材斘。布置方式主要有拉槽式、平镶式等方式。力平衡钻头的保径通常为使用TCI镶块的平镶式保径结构。设计时可参照设计手册进行。
3.4金刚石钻头的保径结构设计
保径段根据不同的需要可选择不同的保径方式和保径长度。一般来说，保径结构有拉槽保径、平镶保径、天然金刚石保径、TSP齿保径、PDC齿保径、ND+TSP、ND+PDC的组合保径、低摩阻保径（TCI+ND、TCI+TSP、TCI+PDC保径结构）、带反划眼齿的保径结构、短保径、加长保径结构等。
由于剪切切削方式和较大的井壁接触面积，造成了金刚石钻头的扭矩较大的缺点。过大的扭矩极易损害钻井设备，尤其不利于井下动力钻具的使用，这些都要求金刚石钻头的扭矩必须控制在一个小范围内。因此近年来，出现了低扭矩保径结构，如Smith公司的2001年的专利6253863——“Side cutting gage pad improving stabilization and borehole integrity”，贝克·休斯公司2002年的专利6349780——“Drill bit with selectively-aggressive gage pads”，这些新的结构除了保持常规保径的保径能力外，大大降低了钻头的扭矩，同时还适应了定向钻井应用，从而进一步扩展了金刚石钻头的使用范围。
3.5金刚石钻头的水力结构设计
水力结构的设计包括喷嘴的选择与设计、排屑槽的结构与设计等。大部分的金刚石钻头喷嘴为现场可换式螺纹紧固喷嘴，设计时作为标准件直接使用。但在设计小尺寸钻头和对水力有特殊需要的钻头时也可以采用固定喷嘴。
喷嘴的设计包括：喷嘴数量的确定、倾斜角、偏移角、方位角的确定。这些参数的设计，要根据钻头尺寸、钻头轮廓形状、切削结构等综合考虑。为了保证钻头有足够的清洗冷却能
力，金刚石钻头的喷嘴一般都在三个以上。钻头尺寸越大，喷嘴数量则相应就越多。喷嘴出口距离井底的距离应小于喷嘴等速核的长度，通过对地层的直接水力冲击进一步提高钻头对岩石破碎效率。设置喷嘴倾斜角的目的是为了增加泥浆的井底漫流，提高泥浆的清洗井底和携屑能力。一般来讲，喷嘴倾斜角越大，漫流越大清洗和携屑效果就越好。但如果倾斜角太大，则会对井壁造成不良冲蚀。喷嘴偏移角的作用在于控制射流方向，使其有效的对钻头切削齿进行清洗和冷却，对提高机械钻速和钻头寿命有重大意义。喷嘴方位角也就是喷嘴在钻头冠部的圆周位置，其是否合理，决定了钻头的液流分布是否合理。
目前在金刚石钻头上广泛使用的排屑槽是横截面形状为扇形的“全放式”排屑槽，这种结构排屑面积大、不易产生泥包。在一些特殊布齿的钻头上还设置有集屑槽，它实际上是一些半圆形的小排屑槽，通常延伸到钻头表面，形成低压区，通过真空效应吸引泥浆和岩屑，改善钻头的清洗和冷却条件。
3.6金刚石钻头制造工艺流程简介
金刚石钻头采用碳化钨粉末烧结工艺制造，其工艺过程大致可分为石墨下料、模具车削、模具组装、装粉烧结、钢心加工、钎焊、组焊、车焊皮、磨削、整形、喷漆装箱等过程（见图10）。
3.6.1模具机械加工
石墨下料、模具车削、模具铣削属于模具的机加工工艺过程。石墨下料是根据所制造钻头的尺寸和型号，选择适当的石墨棒料，用锯床锯成所需大小的模具毛坯。模具车削是按设计图纸要求，使用车床将石墨模具毛坯的内表面加工成钻头轮廓形状的凹模。模具铣削是对加工成型的凹模进行再加工，包括铣齿穴、铣喷嘴孔。铣削加工既可以用普通三轴铣床也可以用数控加工中心完成。由于金刚石钻头的石墨模具是一次性的，而且加工复杂，工作量大，因而采用自动化程度高的数控设备加工就具有重要意义。使用数控加工可以大大加快制造速度，缩短制造周期，提高生产效率，降低生产成本，而且数控加工精度高，可以保证钻头制造质量及使用性能的优良和稳定。
3.6.2模具组装
模具组装工艺过程是将铣削完成后的模具进行组装和修整。包括切削结构组件的安装和修整。对于PDC钻头，要在齿穴中安装砂件和石墨替片，对于ND钻头和TSP钻头则在齿穴中分别装上ND齿和TSP齿。钻头水力结构的安装包括喷嘴替棒、排屑槽砂板等组装，在钻头模具的保径处还要装上ND、TSP齿、硬质合金保径齿等。
3.6.3装粉与烧结
模具组装完成后，进行装粉和烧结。首先将钢心放置在底模内并找正，然后装上碳化钨
粉末，再装入铜合金粘结剂和助熔剂等。装粉完毕后放到预热炉内预热，预热完成后再放入程控烧结炉内进行烧结。当炉温上升到规定温度时，粘结金属开始熔化并逐步渗透到碳化钨粉末中，将粉末粘结在一起而形成钻头体。烧结后的模具经过缓慢冷却后进行开模清理，并对烧结后的钻头体进行检验，查看其有无夹渣和裂纹。
3.6.4钎焊
对于ND钻头和TSP钻头，切削齿是直接烧结在钻头胎体之上的，因此无需钎焊。而PDC 钻头则需要在烧结好的钻头体上钎焊PDC齿。其方法是用低熔点银合金焊料将切削齿钎焊到钻头体预留的齿穴中。
3.6.5终加工过程
将焊接好切削齿的钻头体与已加工好的带有连接螺纹的上体焊接在一起，然后在外圆磨床上对钻头保径进行磨削，保证钻头外径符合尺寸公差及形位公差规范。最后对钻头进行修磨，去掉毛刺、杂质，在钻头体上打上规定的标记，喷漆并配上喷嘴后装箱入库。
3.7金刚石钻头主要原材料
3.7.1切削齿材料
金刚石钻头切削齿材料可分为人造金刚石和天然金刚石两大类，其中天然金刚石使用最早并一直沿用至今。人造金刚石使用最为广泛的聚晶金刚石复合片（PDC）和热稳定聚晶金刚石（TSP）两种。
3.7.1.1聚晶金刚石复合片（PDC）
聚晶金刚石复合片是在高温、高压装置中合成的。将金刚石微粉和触媒剂（钴或硅）以及碳化钨基片放入压机的压缸中，在5GPa以上的高压下加热至1500℃左右，经过5～10分钟，金刚石微粉在触媒剂的作用下粘结在一起而形成聚晶金刚石薄层，其厚度根据需要可以在0.5～2mm之间，作为切削岩石的工作层。与之牢固相连的碳化钨基体则对聚晶薄层起支撑作用，两者之间的有机结合使得PDC齿既具有金刚石的硬度和耐磨性，又具有碳化钨的结构强度和抗冲击能力。由于聚晶层内晶间取向不规则，不存在单晶金刚石所固有的解理面，因此PDC齿的抗磨性及强度较天然金刚石要高，且不易破碎。
PDC齿还具有良好的自锐特性。一方面，PDC齿的聚晶层内的金刚石微粒在切削过程中不断脱落（这是一个非常缓慢的过程），新颗粒不断露出，形成刃面的颗粒更新自锐。另一方面，由于碳化钨基体硬度低于金刚石层而最先磨损形成锋利的刃口，导致压力向金刚石层刃口偏移。金刚石层在压力集中作用下切入地层，同时不断出刃。这一过程就是压力偏移刃口自锐过程。
PDC齿的缺点是热稳定性差，在温度超过700℃时，金刚石层内的粘结金属将失效而导致切削齿损坏。因此PDC齿不能直接烧结到胎体上而只能采用低温钎焊方式将其固定到钻头体上。
随着对PDC齿的进一步研究，人们发现，金刚石层──碳化钨基片间结合界面的形式对PDC齿的性能有着至关重要的影响。在不改变加工原材料的情况下，选择合理的界面形式可以极大提高PDC齿的耐磨性和抗冲击性。因此，近年来出现了各种非平面界面的PDC齿。如爪式齿、环爪齿、涡轮齿等。采用非平面结构可以增强金刚石层和碳化钨基片的结合力，同时还能极大的减小界面的应力集中因此增强了PDC齿抗剥层、抗冲击、耐磨损的能力。
3.7.1.2热稳定聚晶金刚石齿（TSP）
热稳定聚晶金刚石齿的制造方式与PDC齿类似，所不同的是TSP齿没有碳化钨基片，并且在TSP齿制造过程中采用了特殊工艺，将触媒剂从齿中排除，因此在成品TSP齿的金刚石聚晶结构内没有游离钴元素。TSP齿具有比天然金刚石更优越的性能：由于没有解理面，故其抗冲击能力更强。TSP齿还有良好的热稳定性，其耐热温度可达1200℃，可以直接烧结的胎体上，并且在使用中具有良好的抗损坏能力。与PDC齿相比，TSP齿既具有同样良好的自锐性，又具有比PDC齿更高的耐磨性。
TSP齿可以根据钻头设计和制造的需要，加工成各种不同的形状和尺寸。常用的TSP齿有圆片齿、立方体齿、圆柱齿、三角齿等。
3.7.1.3天然金刚石
金刚石是碳的结晶体，属于等轴晶系，晶体结构为正四面体，碳原子之间以共价键相连，结构非常稳定。金刚石材料是世界上已知的最硬的材料，其莫氏硬度为10级，其研磨硬度
是刚玉（莫氏9级）的150倍，石英（莫氏7级）的1000倍。金刚石的抗压强度高达8.7×103MPa，约为刚玉的3.5倍，硬质合金的1.5倍、钢的9倍。金刚石还具有极高的耐磨性，是刚玉的90倍、硬质合金的40～200倍、钢材的2000～5000倍。金刚石还具有良好的化学稳定性，能耐酸碱。金刚石的缺点是性脆，抗冲击性能差，容易产生解理。其热稳定性也差，在空气中加热到300℃时表面开始氧化，加热至900℃时质量发生明显变化，加热至1000℃时则完全烧毁。金刚石齿的磨损在很大程度上表现为热烧损。
用于金刚石钻头的天然金刚石以尖角不规则形状的为最好。使用这种金刚石可以获得较高的机械钻速，相反，圆角的金刚石颗粒具有较高的耐磨性。目前在天然金刚石钻头上所选用的金刚石颗粒主要有立方体、八面体、优级西非金刚石、最优级西非金刚石和黑金刚石等。
(2020年整理)钻头方面的基础知识.doc
钻削与钻头 钻削 用各种钻头进行钻孔、扩孔或锪孔的切削加工。钻孔是用麻花钻、扁钻或中心孔钻等在实体材料上钻削通孔或盲孔。扩孔是用扩孔钻扩大工件上预制孔的孔径。锪孔是用锪孔钻在预制孔的一端加工沉孔、锥孔、局部平面或球面等，以便安装紧固件。钻削方式主要有两种：①工件不动，钻头作旋转运动和轴向进给，这种方式一般在钻床、镗床、加工中心或组合机床上应用；②工件旋转，钻头仅作轴向进给，这种方式一般在车床或深孔钻床上应用。麻花钻的钻孔孔径范围为0.05～100mm，采用扁钻可达125mm。对于孔径大于100mm的孔，一般先加工出孔径较小的预制孔(或预留铸造孔)，而后再将孔径镗削到规定尺寸。 钻削时，钻削速度v是钻头外径的圆周速度(米/分)； 进给量f是钻头(或工件)每转钻入孔中的轴向移动 距离(mm/r)。图2是麻花钻的钻削要素，由于麻花 钻有两个刀齿，故每齿进给量a f=f/2(mm/齿)。切削 深度a p有两种：钻孔时按钻头直径d的一半计算； 扩孔时按(d-d0)/2计算，其中d0为预制孔直径。每 个刀齿切下的切屑厚度a0=a f sin K r，单位为mm。式 中K r为钻头顶角的一半。使用高速钢麻花钻钻削钢 铁材料时，钻削速度常取16～40米/分，用硬质合 图2 麻花钻的钻削要素金钻头钻孔时速度可提高1倍。 钻削过程中，麻花钻头有两条主切削刃和一条横刃，俗称“一尖(钻心尖)三刃”，参与切削工作，它是在横刃严重受挤和排屑不利的半封闭状态下工作，所以加工的条件比车削或其他切削方法更为复杂和困难，加工精度较低，表面较粗糙。钻削钢铁材料的精度一般为IT13～10，表面粗糙度为R a20～1.25μm，扩孔精度可达IT10～9，表面粗糙度为R a10～0.63μm。钻削加工的质量和效率很大程度上决定于钻头切削刃的形状。在生产中往往用修磨的方法改变麻花钻头切削刃的形状和角度以减少切削阻力，提高钻削性能，中国的群钻就是采用这种方法创制出来的。 当钻孔的深度l与直径d之比大于6时，一般视为深孔钻削。钻削深孔的钻头细长，刚度差，钻削时钻头容易偏斜并与孔壁发生摩擦，同时对钻头的冷却和排屑也较困难。因此，当l/d大于20时需要采用专门设计的深孔钻，并输入一定流量和压力的切削液加以冷却和把切屑冲刷出来，才能达到较高的钻削质量和效率。
钻头选择和使用
钻头选择和使用 1、硬质合金钻头的选择 胶结性的砂岩、黏土亚黏土、泥岩以及风化岩层、遇水膨胀或缩径地层宜选用肋骨式硬质合金钻头或刮刀式硬质合金钻头;可钻性3-5级的中、弱研磨性地层,铁质、钙质岩层、大理岩等宜用直角薄片式钻头、单双粒钻头或品字形钻头;研磨性强、非均质较破碎、稍硬岩层,如石灰岩等宜用负前角阶梯钻头;软硬不均、破碎及研磨性强的岩层,如砾石等宜用大八角钻头;砂岩、砾岩等选用针状合金钻头。常用硬质合金取心钻头及其适用范围见表6-1。 2、金刚石钻头的选择 金刚石钻进适用于中硬以上岩层。一般聚晶金刚石、金刚石复合片、烧结体钻头适用于3~7级岩层,单晶孕镶金刚石钻头适用于5~12级完整和破碎岩层,天然表镶金刚石钻头适用于4~10级完整岩层。不同类型金刚石钻头的选用见表 6-2。
金刚石钻头主要参数及结构要素与钻头选择如下: （1）钻头唇面形状。中硬、中等研磨性的岩层,宜选用平底形唇面或圆弧形唇面;坚硬且研磨性高的岩层,可用半圆形唇面;对复杂、破碎不易取得岩心的地层,可选用阶梯底喷式唇面;坚硬、致密易出现打滑的岩层,可选用锯齿形 唇面。金刚石取心钻头唇面形状及适用地层参见表5-29。 (2)胎体硬度。岩石的研磨性越强或硬度越低,则钻头胎体的硬度应越髙；反 之,岩石的研磨性越弱或硬度越高,则钻头胎体的硬度应越低。不同岩层推荐胎体 硬度及耐磨性参见第5章表5-35。
(3)金刚石浓度。岩石硬度越高或研磨性越弱,则钻头金刚石浓度应越低;反之,岩石硬度越低或研磨性越强,则钻头金刚石浓度应越髙。人造孕镰金刚石钻头 在不同岩层推荐的金刚石浓度值参见表5-39。 (4)金刚石粒度。若石的研磨性越强,硬度越高,则要求钻头的金刚石颗粒应越 小,最好用孕镶钴头;岩石硬度越低,研磨性越弱,则要求钻头的金刚石夥粒应越 大。孕镶金刚石钻头推荐粒度参见表5-40,表镶金刚石钻头推荐粒度参见表 5-41。
常见旋挖钻头的分类
精品文档 常见旋挖钻头的分类 常见的旋挖钻头有螺旋钻头、旋挖斗、筒式取芯钻头、扩底钻头、冲击钻头、冲抓锥钻头和液压抓斗，下面逐类简单介绍。 1、 1 螺旋钻头 (1) 锥形：双头双螺，适用于坚硬基岩。双头单螺，适用于风化基岩、卵石、含冰冻土等。以上钻头配装各种截齿，通过齿型、螺距、螺旋升角的变化又可派生出很多类型的钻头。 (2) 直螺旋钻头： a、斗齿直螺：双头双螺，适用于砂土，胶结差的小直径砾石层; 双头单螺，适用于砂土、土层; 单头单螺，适用于胶结差的大直径卵石，粘性土及硬胶泥。 b、截齿直螺：有双螺、三螺和四螺，适用于是硬基岩或卵砾石。 1、 2 旋挖钻斗 按所装齿可分为截齿钻斗和斗齿钻斗; 按底板数量可分为双层底斗和单层底斗; 按开门数量可分为双开门斗和单开门斗; 按桶的锥度可分为锥桶钻斗和直桶钻斗; 按低板形状可分为锅底钻斗和平底钻斗。以上结构形式相互组合，再加上是否带通气孔、开门机构的变化，可以组合出几十种旋挖 精品文档 钻斗。一般来说双层底钻斗适用地层范围较宽，单层底的只适用
于粘性较强的土层，双门钻斗适用地层范围较宽，单门钻斗只是用 于大直径的卵石及硬胶泥。 1、 3 筒式取芯钻头 目前常见的有两种：截齿筒钻（适用于中硬基岩和卵砾石），牙轮筒钻（适用于坚硬基岩和大漂石）。筒式取芯钻的两大类钻头中，又带取芯装置和不带取芯装置之分，主要取决于取芯的难度。因为牙轮取芯钻头主要用于硬岩钻进，且钻取的环状面积大，如果有条件的还可在钻头部分加装反循环钻进，以提高钻进效率。 1、4 扩底钻头在桩径不增大桩深不增加的基础上，为了提高单桩的承载力，设计部门往往通过扩底桩来实现，旋挖钻机施工扩底是无需任何改动就可施工，只需选用扩底钻头即可。扩底钻头常用的以机械式为主，这种钻头使用和维护都比较简单，有上开式和下开式的，张开机构一般为四连杆的，用于土层、强风、中风化地层甚至坚硬基岩。由于旋挖钻进是非循环钻进，扩底完成后用 清渣桶清渣即可。 精品文档
如何在实际工作中正确选择孕镶金刚石钻头设计参数
如何在实际工作中正确选择孕镶金刚石钻头设计参数 孕镶金刚石钻头广泛应用于小口径岩石钻探的施工中，而采用合理的钻头设计参数对提高钻探效率发挥钻头最大功效至关重要。本文根据黑河象山电站帷幕灌浆工程岩石钻探实例，初步阐述如何正确选择孕镶金刚石钻头设计参数及其实际意义。 孕镶金刚石钻头适用于硬至坚硬、可钻性Ⅶ—Ⅻ级、完整均质至破碎、裂隙性的、具有研磨的岩层。钻头设计时应考虑的结构参数如下： 一、胎体 胎体高度H ＝10～12mm ，H 值愈大，则钻头稳定性愈好。 胎体工作层高一般为4mm 。 胎体厚度一般为8mm 。壁厚影响钻进效率和钻头寿命；壁厚小，钻进效率高，金刚石消耗量少；但不够耐磨，钻头寿命较短。 二、唇面形状 孕镶钻头的唇面形状要比表镶的多，它除了表镶钻头的那些以外，还可采用： 1．尖齿形，它又分同心圆尖齿形（见图3.13-5a ）、阶梯尖齿形（见图3.13-5b ）和交错式尖齿形（见图3.13-5c ）。 2．带底喷式水眼（见图3.13-6） 若岩石软硬互层和破碎，为提高岩矿心采取率，则可选用阶梯形底喷式水眼钻头。 二、胎体性能 胎体是钻头极其重要的组成部分，其成分和性能比较复杂，但设计或选择时，目前仅根据岩石性质，确定相适应的胎体硬度和耐磨性。 选择原则是岩石硬、研磨性弱，则胎体偏软、耐磨性偏低；相反，岩石软、研磨性强，则胎体偏硬、耐磨性要高。具体选择时，可参考表3.13-4，表3.13-5。 表3.13-4 设计原则是：岩石愈硬、研磨性偏低，则粒度较细、品级较高。设计时可参考表3.13-6。 表3.13-6 四、金刚石浓度 根据岩石硬度和研磨性设计金刚石浓度，浓度保证胎体唇面上的金刚石数量有足够的切削能力和有较高的耐磨性。 （a ） （b ） （c ） 图3.13-5 尖齿形钻头 (a)—同心圆尖齿形；(b)—阶梯尖齿形；(c)—交错式尖齿形 图3.13-6 阶梯形底喷水眼钻头
第1章 金刚石钻头基本知识
第一章金刚石钻头基本知识 第一节概述 1.1金刚石钻头的发展历史 金刚石钻头是不同于牙轮钻头的另一类钻井破岩工具，其使用可以追溯到19世纪60年代。最初人们以天然金刚石为切削元件制作打炮眼和挖掘隧道的工具，后来出现了用于石油钻井的钢体鱼尾式天然金刚石全面钻进钻头和取心钻头。早期的金刚石钻头是将天然金刚石冷镶在低碳钢上的。由于天然金刚石来源有限，价格昂贵，加之本身尺寸、性能方面的原因以及当时落后的制造工艺，大大限制了金刚石钻头在石油钻井工业中的应用。 随着粉末冶金技术的发展，出现了采用烧结碳化钨作为钻头体的胎体式金刚石钻头。这种技术的出现使金刚石钻头的制造水平大大提高。胎体式金刚石钻头具有耐冲蚀、耐磨损的特点，具有良好的使用性能，其制造工艺也不复杂，因此一经出现就迅速推广开来。 人造聚晶金刚石的研制成功，对金刚石钻头技术的发展起了巨大的推动作用。人造聚晶金刚石复合片钻头（PDC钻头）的出现一度被称为20世纪80年代钻井工业技术的一大突破，这种新技术对石油钻井业的发展产生了巨大的影响。现场使用证明，软到中等硬度地层钻井用PDC钻头具有机械钻速高、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点，并能与井下动力钻具配合用于高速钻井。合理使用金刚石钻头可以大大缩短建井周期，降低钻井成本，提高钻井经济效益。 1.2金刚石钻头的发展前景 经过近二十多年的发展，金刚石钻头已经成为继牙轮钻头之后的又一重要破岩工具。时至今日，PDC钻头在石油钻头市场所占的份额越来越大，几乎每年以30%的速度侵吞牙轮钻头市场。随着新的设计理论、设计方法和材料等技术的发展，PDC钻头的适用范围也在不断扩展，以前被认为不适用于PDC钻头的地层现在也广泛使用，比如我国中原油田的文留区块的沙二至沙三地层由于地质情况复杂、夹层多，可钻性差，以前一直被认为是PDC钻头的禁区，在这里钻的井除了取心之外用的都是牙轮钻头。可是从2000年开始，PDC钻头在这个区块的使用量逐渐增多，效果也很好，而2001年底我公司的一只8 1/2 BK542-4型PDC钻
钻头知识
钻头知识 钻头 钻头主要分为：刮刀钻头；牙轮钻头；金刚石钻头；硬质合金钻头；特种钻头等。衡量钻头的主要指标是：钻头进尺和机械钻速。钻机八大件 钻机八大件是指：井架、天车、游动滑车、大钩、水龙头、绞车、转盘、泥浆泵。 钻柱组成及其作用 钻柱通常的组成部分有：钻头、钻铤、钻杆、稳定器、专用接头及方钻杆。钻柱的基本作用是：(1)起下钻头；(2)施加钻压；(3)传递动力；(4)输送钻井液；(5)进行特殊作业：挤水泥、处理井下事故等。 钻井液的性能及作用 钻井液的性能主要有：(1)密度；(2)粘度；(3)屈服值；(4)静切力；(5)失水量；(6)泥饼厚度；(7)含砂量；(8)酸碱度；(9)固相、油水含量。钻井液是钻井的血液，其主作用是：1)携带、悬浮岩屑；2)冷却、润滑钻头和钻具；3)清洗、冲刷井底，利于钻井；4)利用钻井液液柱压力，防止井喷；5)保护井壁，防止井壁垮塌；6)为井下动力钻具传递动力。 常用的钻井液净化设备 常用的钻井液净化设备：(1)振动筛，作用是清除大于筛孔尺寸的砂粒；(2)旋流分离器，作用是清除小于振动筛筛孔尺寸的颗粒； (3)螺杆式离心分离机，作用是回收重晶石，分离粘土颗粒；(4)筛筒
式离心分离机，作用是回收重晶石。 钻井中钻井液的循环程序 钻井液罐经泵→地面管汇→立管→水龙带、水龙头→钻柱内→钻头→钻柱外环形空间→井口、泥浆(钻井液)槽→钻井液净化设备→钻井液罐。 钻开油气层过程中，钻井液对油气层的损害 主要有以下几种损害：(1)固相颗粒及泥饼堵塞油气通道；(2)滤失液使地层中粘土膨胀而堵塞地层孔隙；(3)钻井液滤液中离子与地层离子作用产生沉淀堵塞通道；(4)产生水锁效应，增加油气流动阻力。 预测和监测地层压力的方法 (1)钻井前，采用地震法；(2)钻井中，采用机械钻速法，d、dc 指数法，页岩密度法；(3)完井后，采用密度测井，声波时差测井，试油测试等方法。 钻井液静液压力和钻井中变化 静液压力，是由钻井液本身重量引起的压力。钻井中变化，岩屑的进入会增加液柱压力，油、气水侵会降低静液压力，井内钻井液液面下降会降低静液压力。防止钻井液静液压力变化的方法有：有效地净化钻井液；起钻及时灌满钻井液。 喷射钻井 喷射钻井是利用钻井液通过喷射式钻头喷嘴时，所产生的高速射流的水力作用，提高机械钻速的一种钻井方法。
钻头方面的基础知识
钻头方面的基础知识-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
钻削与钻头 钻削 用各种钻头进行钻孔、扩孔或锪孔的切削加工。钻孔是用麻花钻、扁钻或中心孔钻等在实体材料上钻削通孔或盲孔。扩孔是用扩孔钻扩大工件上预制孔的孔径。锪孔是用锪孔钻在预制孔的一端加工沉孔、锥孔、局部平面或球面等，以便安装紧固件。钻削方式主要有两种：①工件不动，钻头作旋转运动和轴向进给，这种方式一般在钻床、镗床、加工中心或组合机床上应用；②工件旋转，钻头仅作轴向进给，这种方式一般在车床或深孔钻床上应用。麻花钻的钻孔孔径范围为～100mm，采用扁钻可达125mm。对于孔径大于100mm的孔，一般先加工出孔径较小的预制孔(或预留铸造孔)，而后再将孔径镗削到规定尺寸。 钻削时，钻削速度v是钻头外径的圆周速 度(米/分)；进给量f是钻头(或工件)每转 钻入孔中的轴向移动距离(mm/r)。图2是 麻花钻的钻削要素，由于麻花钻有两个刀 齿，故每齿进给量a f=f/2(mm/齿)。切削深 度a p有两种：钻孔时按钻头直径d的一半 图2 麻花钻的钻削要素计算；扩孔时按(d-d0)/2计算，其中d0为预制孔直径。每个刀齿切下的切屑厚度a0=a f sin K r，单位为mm。式中K r为钻头顶角的一半。使用高速钢麻花钻钻削钢铁材料时，钻削速度常取16～40米/分，用硬质合金钻头 钻孔时速度可提高1倍。
钻削过程中，麻花钻头有两条主切削刃和一条横刃，俗称“一尖(钻心尖)三刃”，参与切削工作，它是在横刃严重受挤和排屑不利的半封闭状态下工作，所以加工的条件比车削或其他切削方法更为复杂和困难，加工精度较低，表面较粗糙。钻削钢铁材料的精度一般为IT13～10，表面粗糙度为R a 20～μm ，扩孔精度可达IT10～9，表面粗糙度为R a 10～μm 。钻削加工的质量和效率很大程度上决定于钻头切削刃的形状。在生产中往往用修磨的方法改变麻花钻头切削刃的形状和角度以减少切削阻力，提高 钻削性能，中国的群钻就是采用这种方法创制出来的。 当钻孔的深度l 与直径d 之比大于6时，一般视为深孔钻削。钻削深孔的钻头细长，刚度差，钻削时钻头容易偏斜并与孔壁发生摩擦，同时对钻头的冷却和排屑也较困难。因此，当l /d 大于20时需要采用专门设计的深孔钻，并输入一定流量和压力的切削液加以冷却和把切屑冲刷出 来，才能达到较高的钻削质量和效率。 钻头 用以 在实 体材 料上 钻削 出通 孔或 盲 孔， 并能 对已 有的 孔扩 孔的 刀 具。 常用的钻头主要有麻花钻、扁钻、中心钻、深孔钻和套料钻。扩孔钻和锪钻虽不能在实体材料上钻孔，但习惯上也将它们归入钻头一类。 锥柄麻花钻 直柄麻花钻 扁钻 中心钻 锪钻 扩孔钻 图3 各类钻头
钻头选型
一、PDC钻头命名： 1、M1963钻头各字母和数字的意思？ M：胎体PDC钻头（MS：刚体PDC钻头） 19：切削齿尺寸，￠19mm（13--￠13mm，08--￠8mm） 6：刀翼数 3：冠部形状，变化范围1~9，1---冠部抛物线最长；9---冠部抛物线最短 2、FS2663的含义？ FS：刚体（FM：胎体） 2：2000系列 6：6刀翼（5：5刀翼） 6：复合片尺寸，6/8″--19mm（2：8mm；4：13mm，8：25.4mm） 3：布齿密度和位置。 3．G535的含义？ G：金系列 5：复合片尺寸：19mm（4：1/2″--13mm） 3：冠部形状：1---9：尖---平 5：布齿密度。 二、PDC钻头选择原则 1、钻头冠部形状确定原则 不同冠形PDC钻头的攻击性依次为：长抛物线型>中等抛物线型>短抛物线型；按照岩石硬度分类，推荐的钻头冠型如下：按照岩石硬度分类，推荐的钻头冠型： 岩石硬度抗压强度(psi) 冠部形状 很低硬度0-8000 长抛物线 中等硬度8000-16000 中等抛物线 高硬度16000-32000 短抛物线 ?针对软硬交错地层，采用多种抗回旋设计 2、切削齿尺寸选择原则： 岩石硬度抗压强度(psi) 切屑齿尺寸 很低硬度0-8000 19-24mm 中等硬度8000-16000 16-19mm 高硬度16000-32000 13-16mm 极高硬度32000-50000 8-13mm（超强齿） 3、布齿密度原则 岩石硬度抗压强度(psi) 布齿密度 很低硬度0-8000 低布齿密度 中等硬度8000-16000 中等布齿密度 高硬度16000-32000 高布齿密度 极高硬度32000-50000 高布齿密度(超强齿) 三、地层硬度分级 牙轮钻头机械钻速（h/m）地层硬度岩石类型抗压强度（Mpa） 111/124 15~30 很软粘土、粉砂岩、砂岩〈25
地层与钻头选型
表1-5 钻头与地层岩石对应关系表 齿系地层型 1 2 4 可钻性岩性非密封滚动轴承非密滚动空气轴承密滚动轴承 型列号式江汉休斯瑞德赛克史密江汉休斯瑞德史密江汉休斯瑞德赛克密密 司司司 钢低抗压强1 极软页岩、粘土、泥岩W11 R1 Y11 S3SJ DSJ GA114 GIX-1S11 S33SSDS 度高可钻 G114 ATX-1 1性的软地 2 泥岩、软页岩、疏松页 W121 R2 Y12 S3J DTJ S33 齿层 3 页岩、软石灰岩 W131R3 Y13 S4J DHJ GA134 S44 4 S4DJ 高抗强度 1 页岩、软石灰岩M4NJ V2J GA214 M44N 钻 2 的中硬地 2 DR5 M4 层 3 中硬岩石灰岩、砂岩、 4 板岩 钻硬半研磨1 硬质石英岩 H7 H77 3 性或或研 2 W321 R7 H7J 性地层 3 硬质砂岩、白云岩 4 镶低抗压强 1 4 度高可钻2 性极软地 3 软页岩、粘土层 层 4 齿低抗压强 1 软泥岩、软页岩、疏松砂岩 5 度高可钻2中页岩、砂岩 性极软地 3 中软石灰岩 层 4中软石灰岩 钻高抗压强 1 中地层硬页岩、石灰岩 K621 G44 G4A 6 度的中硬 2 中地层白云岩、硬灰岩、Y62JA47JA 地层 3 砂岩 G55 Y63JA 4 硬质砂岩与白云岩 半研磨性1 硬质砂岩与白云岩 7 研磨性地2硬质砂岩与白云岩、极硬燧石 层 3 极硬燧石 K732 G77Y73JA 7JA 4 极硬花岗岩 K742 半研磨 1 极硬花岗岩 头8 性研磨性2极硬花岗岩 地层 3 极硬花岗岩 K832 G99Y83JA 9JA 4 极硬花岗岩 K842
钻头知识大全
一、钻头刃口修磨和强化对钻削加工的改善 钻头在进行孔加工过程中会有不同程度的磨损，对钻头的材质和磨损情况进行分析，在改善钻削加工时，对钻头刃口进行修磨和强化，可有效改善钻头在加工过程中的磨损情况，提高钻头的性能和使用寿命。vip汽车设计网 孔加工在金属切削加工中占有重要地位，一般约占机械加工量的1/3。其中钻孔约占22%～25%，其余孔加工约占11%～13%。由于孔加工条件苛刻的缘故，孔加工刀具的技术发展要比车、铣类刀具迟缓一些。近年来，随着中、小批量生产对生产效率、自动化程度以及加工中心性能要求的不断提升，刀具磨锋技术、多轴数控刀具刃磨设备的发展带动了孔加工刀具的发展，其中最典型的就是在机械生产中已应用多年、使用最为广泛的整体结构的钻头修磨技术逐渐成熟起来。通过对钻头刃口的修磨和强化改善钻削加工条件，要从钻头的结构特点和实际使用情况中寻求解决方法。vip汽车设计网 钻头的特点vip汽车设计网 1．钻头的材质分为高速钢和硬质合金，高速钢主要采用高速钢W系、Mo系材料；硬质合金采用钨钛类（YG）、钨钛钴类（YT）材料。比较有代表性的如表1中所列W18Gr4V、YG6和YT14。vip汽车设计网 vip汽车设计网 图1 钻头的基本结构 2．麻花钻的基本形状和结构并没有太大的改变（见图1）。vip汽车设计网 3．麻花钻切削刃的几何角度之间具有一定的特点和关联性。如图2所示，主偏角为Kr，刃倾角为λs，前角为λs，后角为αf，锋角为2φ（传统为118°）。vip汽车设计网 表1 高速钢和硬质合金材料的物理力学性能vip汽车设计网 vip汽车设计网 其中，钻头螺旋型结构具有如下特点：vip汽车设计网 （1）主偏角Kr在锋角2φ确定后也随之确定。vip汽车设计网 （2）由于钻头切削刃的刀尖（钻头直径处）为切削刃的最低点，从结构可知钻头切削刃的刃倾角λs为负。vip汽车设计网 （3）在钻头螺旋槽形状结构影响下，刃部前角λs由钻头外径的韧带处向钻心方向逐渐变小。vip汽车设计网 （4）切削刃的前角主偏角λs，随主偏角Kr的增大而随之增大。vip汽车设计网 图2 切削刃的几何角度 4．麻花钻的横刃也是切削刃的重要组成部分。如图2所示，横刃的前角γom、后角αf、斜角φ，也随着钻头切削刃的不同有着一定的变化。vip汽车设计网 钻头在加工过程中的磨损情况vip汽车设计网 1．钻头的磨损主要发生在切削刃部分（见图3）vip汽车设计网 图3 钻头在加工过程中的磨损vip汽车设计网 vip汽车设计网 2．钻头在实际加工中受力的分析，其切削力主要集中在钻头的切削刃部分，其中切削刃受到的转矩最大，横刃部分轴向力较为集中（见表2、图4）。 3．钻头在加工过程中产生的切削热的分布情况见图5。在加工中，钻头的钻心处由于切削
钻头知识
孔加工刀具一般可分为两大类：一类是从实体材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花钻、中心钻和深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。例如，下图示标准高速钢麻花钻的结构。工作部分（刀体）的前端为切削部分，承担主要的切削工作，后端为导向部分，起引导钻头的作用，也是切削部分的后备部分。 孔加工刀具按其用途可分为两大类： 一类是钻头，它主要用于在实心材料上钻孔(有时也用于扩孔)。根据钻头构造及用途不同，又可分为麻花钻、扁钻、中心钻及深孔钻等； 另一类是对已有孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、铰刀及镗刀等。 （一）麻花钻 麻花钻是一种形状复杂的孔加工刀具，它的应用较为广泛。常用来钻精度较低和表面较粗糙的孔。用高速钢钻头加工的孔精度可达IT11～IT13，表面粗糙度可达6.3～25；用硬质合金钻头加工时则分别可达IT10～IT11和3.2～12.5。 （二）中心钻 中心钻用于加工中心孔。有三种形式：中心钻、无护锥60°复合中心钻及带护锥60°复合中心钻。 中心钻在结构上与麻花钻类似。为节约刀具材料，复合中心钻常制成双端的。钻沟一般制成直的。复合中心钻工作部分由钻孔部分和锪孔部组成。钻孔部与麻花钻同样，有倒锥度及钻尖几何参数。锪孔部制成60°锥度，保护锥制成120°锥度。 复合中心钻工作部分的外圆须经斜向铲磨，才能保证锪孔部和锪孔部与钻孔部的过渡部分具有后角。（三）深孔钻 一般深径比(孔深与孔径比)为5～10的孔即为深孔。加工深径比较大的深孔可用深孔钻。深孔钻的结构有多种形式，常用的主要有外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻等等。 （四）扩孔钻 扩孔钻用于已有孔的扩大，一般加工精度可达IT10～IT11，表面粗糙度可达3.2～12.5，通常作为孔的半精加工刀具。 扩孔钻的类型主要有两种，即整体锥柄扩孔钻和套式扩孔钻。 （五）锪钻 锪钻用于加工各种埋头螺钉沉头座、锥孔、凸台面等 定柄钻头的特点是能实现自动更换钻头。定位精度高，不需要使用钻套。大螺旋角，排屑速度快，适于高
钻具基础知识
钻具基础知识 一、钻柱的组成与功用 （一）钻柱的组成 钻柱(Drilling String)是钻头以上，水龙头以下部分的钢管柱的总称. 它包括方钻杆(Square Kelly)、钻杆(Drill Pipe)、钻铤(Drill Collar)、各种接头(Joint)及稳定器(Stabilizer)等井下工具。 （二）钻柱的功用 (1)提供钻井液流动通道； (2)给钻头提供钻压； (3)传递扭矩； (4)起下钻头； (5)计量井深； (6)观察和了解井下情况（钻头工作情况、井眼状况、地层情况）； (7)进行其它特殊作业（取芯、挤水泥、打捞等）； (8)钻杆测试( Drill-Stem Testing),又称中途测试。 1. 钻杆 （1）作用：传递扭矩和输送钻井液，延长钻柱。 （2）结构：管体+接头 （3）规范： 壁厚：9 ～11mm，一般是9.19mm。 外径：根据各种钻杆情况而定，如常用的127，140等。 长度：一般在9.5m左右。 常用钻杆规范（内径、外径、壁厚、线密度等 （2）接头及螺纹 螺纹连接条件：尺寸相等，丝扣类型相同，公母螺纹相匹配。 钻杆接头特点：壁厚较大，外径较大，强度较高。 钻杆接头类型： 内平（IF）、贯眼（FH）、正规（REG）；NC系列 ●内平式：主要用于外加厚钻杆。特点是钻杆通体内径相同，钻井 液流动阻力小；但外径较大，容易磨损。 ●贯眼式：主要用于内加厚钻杆。其特点是钻杆有两个内径，钻井 液流动阻力大于内平式，但其外径小于内平式。 ●正规式：主要用于内加厚钻杆及钻头、打捞工具。其特点是接头
内径＜加厚处内径＜管体内径，钻井液流动阻力大，但外径最小，强度较大。 这种类型接头均采用V型螺纹，但扣型、扣距、锥度及尺寸等都有很大的差别。 NC型系列接头 NC23，NC26，NC31，NC35，NC38，NC40，NC44，NC46，NC50，NC56，NC61，NC70，NC77等。 NC—National Coarse Thread，（美国）国家标准粗牙螺纹。 xx—表示基面丝扣节圆直径，用英寸表示的前两位数字乘以10。 如：NC26表示的节圆直径为2.668英寸。 NC螺纹也为V型螺纹, 表2-17所列的几种NC型接头与旧API标准接头有相同的节圆直径、锥度、螺距和螺纹长度，可以互换使用。 数字型接头与旧API接头的区别 2、钻铤 结构特点：管体两端直接车制丝扣，无专门接头；壁厚大(38-53毫米），重量大，刚度大。 主要作用： (1)给钻头施加钻压; (2)保证压缩应力条件下的必要强度; (3)减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳； (4)控制井斜。 类型：光钻铤、螺旋钻铤、扁钻铤。 常用尺寸：6-1/4〃，7 〃，8 〃，9 〃。 3.方钻杆 类型：四方形、六方形 特点：壁厚较大，强度较高 主要作用：传递扭矩和承受钻柱的全部重量。 常用尺寸：89mm(3.5英寸)，108mm (4.5英寸)，133.4mm (5.5英寸)。 4.稳定器 类型：刚性稳定器、不转动橡胶套稳定器、滚轮稳定器。 作用： 1）防斜； 2）控制井眼轨迹。 二、钻柱的工作状态及受力分析 （一）钻柱的工作状态 1. 起下钻工况下 直井：直的拉伸、滑动。
空心钻头知识普及
钢轨钻孔机用空心钻头知识普及 一：空心钻头 又名多刃钢板钻、取芯钻头、开孔器。一般空心钻头削切深度：25mm,35mp50mm,75mm,100 等钻孔速度要比传统的麻花钻头快上8-10倍。 二：钻头结构 刃部采用的三枚组合刃结构、齿距的不等分割、特殊硬质合金刀刃等是创恒独特技术的结晶3枚组合刃由若干个外刃、中刃、内刃组成。 每个刀刃在切削过程中，只负担1/3左右的工作量，加上每个刀刃的内侧也均有切削刀。所以，可以使排屑非常顺畅。另外由于各刃分别负担一部分切削工作的特性，使得该孔钻极不容易产生崩刃现象。空心钻头可对50MM厚的钢板进行高精度，高速度穿孔也可打交叉重叠孔，刃部采用的三枚组合刃结构、齿距的不等分割、特殊硬质合金刀刃等是独特技术的结晶。空心钻头配合专门上取芯钻头的机器，具有效率快，成本底的特点，空心钻钻头刃部采用硬质合金制造，具有三层端齿几何，切削轻快，钢板钻头使用寿命长，双削平柄接口，适用于各钟磁力钻钻机。硬质合金钻头也适用于各类立式钻床、摇臂钻床、铣床、车床等。 三：空心钻头的材质 空心钻头材质可分为硬质合金钢，高速钢等，粉末冶金，钨钢钻类，一般市场上用的最多的是硬质合金，和高速钢的为常用型，硬质合金空心钻头其优点耐磨耐用，打较硬材质时不易崩掉，而高速钢是很锋利型的，钻孔比较快，但比较脆，打较硬材质时容易断。 四：空心钻头的分类
钻头目前除了市面传统的麻花钻以外，还有专门用于磁座钻的取芯钻头（又叫空心钻头），这种钻头采用铣刀的原理，具有效率高，精度好的效果。 一般客户都是选择空心钻头（取芯钻头），规格有：12-160mm不等。只有小尺寸的孔必须 要用麻花钻头打。 五：钻头柄型的分类 目前市场上的主要柄型分为通用柄，直角柄，泛音柄，螺纹柄 通用柄：一个平面三个孔，或只有三个孔的都是通用柄，又称日东柄，是日本日东磁力钻专用柄型，原本是没有平面的，只有三个孔，因在国内使用削了一个平面，所以现在也可 以和直角柄型钻头通用，又称通用柄。 直角柄（两点定位）：又称百得柄，是德国百得磁力钻专用柄型，两个平面且成直角90度的都是直角柄，是目前市场是使用最广的柄型，德国百得，德国欧霸，德国澳宝等德国和 英国磁力钻（泛音除外）都是使用这种柄型 泛音柄：四个孔没有平面的就是泛音柄，是德国泛音磁力钻专用柄型，但直径比直角柄和通用柄（）都小，是18mm且顶针都是用细顶针，主要用在德国泛音磁力钻机上，其他进口钻机都不能装上，国产钻机目前都使用直角柄型（两点定位）装钻头
金刚石钻头选用原则
金刚石钻头硬度选用原则 金刚石钻头的质量和金刚石材质有很大的关系，金刚石硬度，决定金刚石钻头硬度。 金刚石钻头的种类有很多种分法，如天然的、人造的；单管的、双管的；绳索取芯的、定向钻进的；取芯的、全面钻进的；矿山的、油井的。根据钻进和碎岩特点，可分为表镶金刚石钻头、孕镶金刚石钻头和聚晶烧结体钻头。不同类型的金刚石钻头使用的地方不一样，对金刚石钻头硬度的需求也不一样。 1表镶金刚石钻头 英文：surface set diamond bit 释文：金刚石钻头的一种。钢质的圆筒状钻头体,上部车有丝扣,下部烧结有钻头胎体,金刚石的颗粒是包镶在钻头胎体的表面上。胎体的外径略大于钢体直径、内径略小于钢体内径,内外侧和底部都有可以过水的沟槽,在钻进时流过冲洗液带走岩粉和冷却钻头。表镶金刚石钻头都是包镶的天然金刚石,故价格昂贵,因而只用在一些特殊难钻进的硬地层。石油钻井用表镶金刚石钻头较多。 2孕镶金刚石钻头 英文：impregnated diamond bit 释文：金刚石钻头的一种。钻头胎体里均匀包镶着金刚石颗粒的钻头。钻进时胎体磨损,金刚石不断出露克取岩石,可以一直将胎体全部磨完,都有新出露的金刚石进行工作,类似于砂轮磨削金属材料。胎体有一定高度,外径略大于钻头体外径、内径也略小于钻头体内径,胎体的外侧面、内侧面和底面均有水槽,以便通过冲洗液排除岩粉和冷却钻头。大多数的孕镶金刚石钻头是使用的人造金刚石,称为人造孕镶金刚石钻头。人造金刚石比天然金刚石价格便宜很多,也能较广泛地用在硬地层中钻进。 3电镀金刚石钻头 英文：electro～plated diamond bit 释文：又称铸造金刚石钻头。中国独有的利用电镀原理而制成的金刚石钻头。金刚石的胎体是在电镀槽里被一层一层镀覆在钻头体上,电镀覆盖电解金属的同
钻头选型
章节课题：第二章第五节钻头的选型及分类第六节钻头的合理使用 学时：4学时 教学目的：通过教学使学生掌握金刚石钻头、牙轮钻头的选型及分类。了解钻头如何合理使用及使用注意事项。 教学重点：金刚石钻头、牙轮钻头的选型及分类。钻头合理使用。 教学难点：金刚石钻头、牙轮钻头的选型 教学方法：采用讲解法、对比法、举例法、分析讲解 导入新课：在钻井过程中，影响钻进速度的因素很多，诸如钻头类型、地层、钻井参数、钻井液性能和操作等。而根据地层条件合理地选择钻头类型和钻井参数，则是提高钻速、降低钻进成本的最重要环节。在对钻头的工作原理、结构特点以及地层岩石的物理机械性能充分了解以后，就能根据邻井相同地层已钻过的钻头资料，结合本井的具体情况选择钻头，并配合以恰当的钻井参数，使之获得最好的技术经济效果。 讲授新课： 第五节钻头的选型及分类 一、金刚石钻头 （一）金刚石材料钻头的特点（（与牙轮钻头相比） (1)金刚石材料钻头是一体性钻头，可以使用高的转速，适合于和高转速的井下动力钻具一起使用，取得高的效益；在定向钻井过程中，它可以承受较大的侧向载荷而不发生井下事故，适合于定向钻井； (2)金刚石材料耐磨且寿命长，适合于深井及研磨性地层使用； (3)在地温较高的情况下，牙轮钻头的轴承密封易失效，使用金刚石材料钻头则不会出现此问题； (4)在小于165．1 mm(61/2in)的井眼钻井中，牙轮钻头的轴承由于空间尺寸的限制，强度受到影响，性能不能保证，而金刚石材料钻头则不会出现问题，因而小井眼钻井宜使用金刚石材料钻头； (5)金刚石材料钻头的钻压低于牙轮钻头，因而在钻压受到限制(如防斜钻进)的情况下应使用金刚石材料钻头； （6）金刚石材料钻头结构设计灵活，简单，能满足非标准的异形尺寸井眼的钻井需要； （7）金刚石材料钻头中的ＰＤＣ钻头是一种切削型钻头，切削齿具有自锐优点，破碎岩石时无牙轮钻头的压持作用，切削齿切削时的切削面积较大，是一种高效钻头； （8）金刚石材料钻头工作时必须保证充分的清洗与冷却； （9）金刚石材料钻头抗冲击性载荷性能较差； （10）金刚石材料钻头价格较高。 （二）金刚石材料钻头选型（适应的地层） ＴＳＰ钻头适合于在具有研磨性的中等至硬地层钻井。 ＰＤＣ钻头适用于软到中等硬度地层，但是ＰＤＣ钻头钻进的地层必须是均质地层，以避免冲击载荷，含砾石的地层不能使用ＰＤＣ钻头。 二、牙轮钻头的选型及分类法 （一）牙轮钻头选型的原则及应考虑的问题 (1)地层的软硬程度和研磨性。 (2)钻进井段的深浅。 (3)易斜地层。 (4)软硬交错地层。 选用的钻头对所要钻的地层是否适合，要通过实践的检验才能下结论。 对于同一地层使用过的几种类型的钻头，在保证井身质量的前提下，一般以“每米成本”作为评价钻头选型是否合理的标准。 （1）国产牙轮钻头型号表示方法如下
江钻钻头介绍及应用参数
一、牙轮钻头 1、结构 1）钻头的结构特点 三牙轮钻头是由牙掌、牙轮、轴承、 锁紧元件、储油密封系统、切削齿和 流道喷嘴水力结构等二十多种零部件 组成。 2、工作原理 1)钻头的公转 钻头的公转速度就是转盘或井下动力钻具的旋转速度。钻头公转时，牙轮也绕钻头轴线旋转，牙轮上各排牙齿绕钻头轴线旋转的线速度不同，外排齿的线速度最大。 2)钻头的自转 钻头旋转时，牙轮绕牙掌轴线作反时针旋转的运动叫自转。牙轮的自转速度决定于钻头的公转转速，并与牙齿对井底的作用有关，是岩石对牙齿的吃入破碎作用产生阻力作用的结果。 3)钻头的纵振（轴向振动）冲击压碎作用 轮心位置的变化使钻头沿轴向作上下往复运动，就是钻头的纵向振动，它与牙齿的齿高、齿距等钻头结构参数及岩性有关。软地层振幅小，硬地层振幅大。振动频率与齿数和牙轮转速成正比。 4)钻头的滑动剪切破碎作用 破碎不同类型的岩石，要求钻头有不同的滑动量，滑动量由钻头结构参数决定。软地层钻头滑动量大，硬地层应尽量小或不滑动。
3、江钻牙轮钻头表示方法 江钻三牙轮钻头型号由四部分组成： 钻头直径代号钻头系列代号钻头分类号钻头附加结构特征代号示例：8 1/2MD517X 8 1/2：钻头直径8.5英寸（215.9mm） MD：高速马达钻头系列代号 517：适合低抗压强度和高可钻性地层的镶齿钻头 X：主切削齿为凸顶楔形齿 1)钻头直径代号：用数字（整数或分数）表示，单位一般为英寸。 2)钻头系列代号：对于三牙轮钻头，按其适用功能、轴承及密封结构主要特征等方面，分为13个标准系列。 钻头应用表 配套系统——轴承和性能
3)三牙轮钻头分类号、江钻牙轮钻头与IADC 编码对应表和钻头类型与地层级别对应关系表：分类号采用SPE/IADC 23937的规定，由三位数字组成，首位数为切削结构类别及地层系列号，第二位为地层分级号，末位数为钻头结构特征代号。 4)钻头附加结构特征代号：为了满足钻井及地层的某些特殊需要， 钻头需改进或加强时，则在分类号后加附加结构特征。
钻井基础知识
钻井基础知识 1 钻头 钻头主要分为：刮刀钻头；牙轮钻头；金刚石钻头；硬质合金钻头；特种钻头等。衡量钻头的主要指标是：钻头进尺和机械钻速。 2 钻机八大件 钻机八大件是指：井架、天车、游动滑车、大钩、水龙头、绞车、转盘、泥浆泵。 3 钻柱组成及其作用 钻柱通常的组成部分有：钻头、钻铤、钻杆、稳定器、专用接头及方钻杆。钻柱的基本作用是：(1)起下钻头；(2)施加钻压；(3)传递动力；(4)输送钻井液；(5)进行特殊作业：挤水泥、处理井下事故等。 4 钻井液的性能及作用 钻井液的性能主要有：(1)密度；(2)粘度；(3)屈服值；(4)静切力；(5)失水量； (6)泥饼厚度；(7)含砂量；(8)酸碱度；(9)固相、油水含量。钻井液是钻井的血液，其主作用是：1)携带、悬浮岩屑；2)冷却、润滑钻头和钻具；3)清洗、冲刷井底，
利于钻井；4)利用钻井液液柱压力，防止井喷；5)保护井壁，防止井壁垮塌；6)为井下动力钻具传递动力。 5 常用的钻井液净化设备 常用的钻井液净化设备：(1)振动筛，作用是清除大于筛孔尺寸的砂粒；(2)旋流分离器，作用是清除小于振动筛筛孔尺寸的颗粒；(3)螺杆式离心分离机，作用是回收重晶石，分离粘土颗粒；(4)筛筒式离心分离机，作用是回收重晶石。 6 钻井中钻井液的循环程序 钻井液罐经泵→地面管汇→立管→水龙带、水龙头→钻柱内→钻头→钻柱外环形空间→井口、泥浆(钻井液)槽→钻井液净化设备→钻井液罐。 7 钻开油气层过程中，钻井液对油气层的损害 主要有以下几种损害：(1)固相颗粒及泥饼堵塞油气通道；(2)滤失液使地层中粘土膨胀而堵塞地层孔隙；(3)钻井液滤液中离子与地层离子作用产生沉淀堵塞通道；(4)产生水锁效应，增加油气流动阻力。 8 预测和监测地层压力的方法 (1)钻井前，采用地震法；(2)钻井中，采用机械钻速法，d、dc指数法，页岩密度法；(3)完井后，采用密度测井，声波时差测井，试油测试等方法。 9 钻井液静液压力和钻井中变化
PDC钻头选型
PDC钻头主要用于泥岩、砂岩、以泥质胶结为主且胶结松散的小粒径砾岩、膏岩和灰岩等地层。试验统计及现场应用情况表明：对于砂、泥岩互层，当地层抗压强度低于10,000psi，泥岩成份占岩石总量的40%以上时，PDC钻头的使用效果最好。火成岩一般不适合使用PDC钻头。 根据岩石抗压强度，确定合理的PDC布齿密度 不同冠形PDC钻头的攻击性依次为：长抛物线型>中等抛物线型>短抛物线型；按照岩石硬度分类，推荐的钻头冠型如下： 岩石硬度抗压强度(psi) 冠部形状 很低硬度0 ~ 8,000 长抛物线形 中等硬度8,000 ~16,000 中等抛物线型 高硬度16,000 ~32,000 短抛物线形 普通PDC齿为了保证一定寿命，负前角一般为20°、25°、30°，钻头吃入能力差，攻击性不强。采用新型切削齿后，根据地层硬度适时调整切削齿负前角，使钻头能获得较高的机械钻速和寿命。推荐的负前角如下： 根据岩石抗压强度，选择合理的切削齿尺寸
针对山前高陡构造地层倾角大，井斜控制难的特点，选用相对较短的保径，减小钻头因与井壁接触而产生的扭矩，同时降低了保径表面积、增加了钻头保径表面的接触力，使钻头的侧向力切削能力增强，有利于井斜控制。 钻头尺寸标准保径长度短保径长度 121/4”2.5”1.5” 81/2”2”1.5” 金刚石钻头保径长度控制技术 随着金刚石钻头的广泛使用，应用于金刚石钻头上的各种技术也在不断发展，其中，金刚石钻头保径长度也在不断变化，初期由于受到应用范围的限制，钻头的保径长度一般采用标准设计的长度；但随着这几年金刚石钻头应用范围的不断扩展，如在定向井、分支井、水平井以及防斜等方面的应用，对金刚石钻头保径长度有了新的要求，根据钻头的使用环境，钻头的保径也做了相应的调整，下面就钻头保径的变化作一个比较：
钻头方面的基础知识
钻削与钻头 钻削 用各种钻头进行钻孔、扩孔或锪孔的切削加工。钻孔是用麻花钻、扁钻或中心孔钻等在实体材料上钻削通孔或盲孔。扩孔是用扩孔钻扩大工件上预制孔的孔径。锪孔是用锪孔钻在预制孔的一端加工沉孔、锥孔、局部平面或球面等，以便安装紧固件。钻削方式主要有两种：①工件不动，钻头作旋转运动和轴向进给，这种方式一般在钻床、镗床、加工中心或组合机床上应用；②工件旋转，钻头仅作轴向进给，这种方式一般在车床或深孔钻床上应用。麻花钻的钻孔孔径范围为0.05～100mm ，采用扁钻可达125mm 。对于孔径大于100mm 的孔，一般先加工出孔径较小的预制孔(或预留铸造孔)，而后再将孔径镗削到规定尺寸。 钻削时，钻削速度v 是钻头外径的圆周速度(米/分)； 进给量f 是钻头(或工件)每转钻入孔中的轴向移动 距离(mm/r)。图2是麻花钻的钻削要素，由于麻花 钻有两个刀齿，故每齿进给量a f =f /2(mm/齿)。切削 深度a p 有两种：钻孔时按钻头直径d 的一半计算； 扩孔时按(d -d 0)/2计算，其中d 0为预制孔直径。每 个刀齿切下的切屑厚度a 0=a f sin K r ，单位为mm 。式 中K r 为钻头顶角的一半。使用高速钢麻花钻钻削钢 铁材料时，钻削速度常取16～40米/分，用硬质合 金钻头钻孔时速度可提高1倍。 钻削过程中，麻花钻头有两条主切削刃和一条横刃，俗称“一尖(钻心尖)三刃”，参与切削工作，它是在横刃严重受挤和排屑不利的半封闭状态下工作，所以加工的条件比车削或其他切削方法更为复杂和困难，加工精度较低，表面较粗糙。钻削钢铁材料的精度一般为IT13～10，表面粗糙度为R a 20～1.25μm ，扩孔精度可达IT10～9，表面粗糙度为R a 10～0.63μm 。钻削加工的质量和效率很大程度上决定于钻头切削刃的形状。在生产中往往用修磨的方法改变麻花钻头切削刃的形状和角度以减少切削 阻力，提高钻削性能，中国的群钻就是采用这种方法创制出来的。 当钻孔的深度l 与直径d 之比大于6时，一般视为深孔钻削。钻削深孔的钻头细长，刚度差，钻削时钻头容易偏斜并与孔壁发生摩擦，同时对钻头的冷却和排屑也较困难。因此，当l /d 大于20时需要采用专门设计的深孔钻，并输入一定流量和压力的 切削液加以冷却和把切屑冲刷出来，才能达到较高的钻削质量和效率。 图2 麻花钻的钻削要素
钻头知识以及正确的钻头刃磨方法
钻头大家应该不会陌生，大家经常看到像一把枪一样的东西在墙上打孔的那玩意儿就是一个钻头，大家也知道一个钻头用不了多久，所以回利加工利用就是很正常的了，今天就是来跟大家介绍钻头刃磨的方法，如果是从事这个行业的，那可是一定要花点时间看看哦。麻花钻是一种形状复杂的孔加工刀具，它的应用较为广泛。只有在刃磨前摆放好位置，才能为下一步的“磨好”打实基础，这一步相当重要。同时钻头的尾部不能高翘于砂轮水平中心线以上，否则会使刃口磨钝，无法切削。为什么呢？理论还没有对实践起指导作用。”这里是指从钻头的刃口开始沿着整个后刀面缓慢刃磨。这里运用四句口诀来指导刃磨过程。在稳定巩固口诀一、二的基础上，此时钻头可轻轻接触砂轮，进行较少量的刃磨，刃磨时要观察火花的均匀性，要及时调整压力大小，并注意钻头的冷却。“钻轴斜放出锋角。只有少磨多看,多分析、多理解，理论才会慢慢地指导实践。要提示学生记忆常用的一块30°、60°、90°三角板中60°的角度，学生便于掌握。扩孔钻的类型主要有两种，即整体锥柄扩孔钻和套式扩孔钻。锪孔部制成60°锥度，保护锥制成120°锥度。 其次要明确地告诉他们少磨多看，盲目的刃磨，越磨越盲目，把一支长长的钻头磨完了，还不知其所以然。“锋角”即顶角118°±2o的一半，约为60°这个位置很重要，直接影响钻头顶角大小及主切削刃形状和横刃斜角。多看，就是看书本上的知识、图解，看教师的刃磨动作，看刃磨好的合格的标准麻花钻，看各种有刃磨缺陷的麻花钻。直柄钻头，钻头在刀具中是要求最高的，但在现实中许多的人都不会考虑那么多，现在工厂用的钻头主要有高速钢钻头和硬质合金钻头一般来说，直径大于D25以上便很少硬质合金的刀体。孔加工刀具一般可分为两大类：一类是从实体材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花钻、中心钻和深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，学生还没有掌握刃磨的技能和技巧。在上述四句口诀中的动作要领基本掌握的基础上，要及时提醒学生对钻头的后角要充分注意，不能磨得过大或过小。根据钻头构造及用途不同，又可分为麻花钻、扁钻、中心钻及深孔钻等；另一类是对已有孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、铰刀及镗刀等。 少磨，就是在不得要领时少磨、甚至不磨。复合中心钻工作部分的外圆须经斜向铲磨，才能保证锪孔部和锪孔部与钻孔部的过渡部分具有后角。常用的标准麻花钻虽然只刃磨二个主后刀面和修磨横刃，但在刃磨以后要保证顶角、横刃斜角以及两主切削长短相等，左右等高。“由刃向背磨后面。深孔钻的结构有多种形式，常用的主要有外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻等等。可以用一支过大后角的钻头和另一支过小后角的钻头让学生在台钻上试钻。口诀一和口诀二都是指钻头刃磨前的相对位置,二者要统筹兼顾，不要为了摆平刃口而忽略了摆好斜角，或为了摆好斜放轴线而忽略了摆平刃口。通过比较、观察、反复地“少磨多看”试钻及对横刃的适当修磨，学生能较快地掌握麻花钻的正确刃磨方法，较好地控制角后的大小。常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。这里的“刃口”是主切削刃，“摆平”是指被刃磨部分的主切削刃处于水平位置。使他们对麻花钻的“好”与“坏”有一个基本的认识。“轮面”是指砂轮的表面。” 这里是指钻头轴心线与砂轮表面之间的位置关系。“刃口摆平轮面靠。加工深径比较大的深孔可用深孔钻。”这个动作在钻头刃磨过程中也很重要,往往有学生在刃磨时把“上下摆动”变成了“上下动弹”，使钻头的另一主刀刃被破坏。“靠”是慢慢靠拢的意思。静心地